写真1　厚さ98μmで変換効率が22.8％の太陽電池セル「HIT」

　三洋電機は2009年9月、同社の太陽電池「HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin Layer）」において、厚さが従来の半分以下となる98μmの太陽電池セルを使用し、22.8％のセル変換効率を実現したと発表した（写真1）。セルを薄型化することにより、低コスト化/省資源化が図れるとともに、セルを曲げることも可能になることから製品形状の自由度も高まるとしている。現時点では研究レベルの開発成果であるものの、今回の薄型化に関する技術を量産品に順次適用していく方針だ。

　HITをはじめとする結晶シリコン系の太陽電池では、低コスト化/省資源化を目的として、セルの薄型化と高いエネルギー変換効率の両立が重要な開発課題とされている。しかし、セルを薄くすると、発電層である単結晶シリコン基板における光吸収量が減少するので、変換効率が低下してしまう。このため、セルを大幅に薄くすることは難しいとされている。

　三洋電機のHITは、発電層である単結晶シリコン基板の表面にアモルファスシリコン層を積層するハイブリッド型の太陽電池である。太陽電池内部でプラスとマイナスの電荷が再結合して消滅することで太陽電池の出力が低下する再結合損失を低減することができ、高い開放電圧（太陽電池で得られる最大電圧）が得られることを特徴としている。同社は、この開放電圧を重視する太陽電池のデバイス構造の設計を行う中で、薄いセルでも開放電圧を大幅に高められる条件を発見したという。従来、セルの厚さが200μm以上のHITセルにおいて、開放電圧は0.729Vであった。それに対し、今回の研究成果では、セルの厚さを98μmまで薄型化したものの、開放電圧は0.743Vまで向上することができた。

　また、セルの薄型化によるシリコン基板における光吸収量の減少についても対応した。太陽電池表面の凹凸構造の改善と、アモルファスシリコン層とその上に積層する透明導電膜層における光吸収損失を低減する技術を適用することで、薄型のセルでも光吸収量を最大化することに成功した。従来の技術では、セルの厚さが85μmの場合、太陽電池セルから取り出せる最大電流量である短絡電流は37.3mA/cm²であった。これに対して、今回の研究成果では、セルの厚さが98μmの場合で、短絡電流は38.8mA/cm²となった。

　これら2つの成果を組み合わせることにより、98μmの厚さの太陽電池セルで、22.8％という高い変換効率を達成できた。なお、三洋電機は、2009年5月に、100cm²以上の実用サイズの太陽電池セルにおいて、世界最高となる23.0％の変換効率を達成している。同社の研究開発本部 アドバンストエナジー研究所 ソーラー研究部で部長を務める丸山英治氏は、「今回の研究成果により、“曲げられる結晶シリコン系太陽電池”の実現に目処がついた。この曲げられる結晶シリコン系太陽電池で新たな市場需要を獲得したい」と語る。

　また、太陽電池の低コスト化/省資源化では、セルの薄型化とともに、セルを切り出すときの切りしろ（カーフロス）の削減も重要である。例えば、200μmの厚さの太陽電池用シリコン基板を切り出す場合、カーフロスは200μmになると言われている。丸山氏は「太陽電池セルを100μm以下の厚さにしても、現在の製造技術のままではカーフロスは変わらない。このカーフロスを削減する技術開発も並行して進めることにより、低コスト化/省資源化の効果をさらに高めることができるだろう」と述べている。

（朴 尚洙）